Récupération de l'aluminium : Protocole (2 heures)

Imprimez ce protocole avant de vous présenter au laboratoire et apportez-le avec vous.

But

En utilisant un processus chimique, vous devrez transformer des rebuts d'aluminium provenant d'une canette de boisson gazeuse en un composé utile, l'alun.

Principe

Les réactions chimiques peuvent être utilisées pour transformer des rebuts en un matériel utile et d'apparence fort différente de celle du composé original. Ainsi, elles peuvent permettre de régler certains problèmes engendrés par l'utilisation généralisée des contenants d'aluminium : on sait, en effet, que l'aluminium résiste bien à la dégradation causant ainsi une accumulation de déchets, et qu'il requiert beaucoup d'énergie si on veut l'obtenir à l'état métallique. Il est donc fortement souhaitable de récupérer ce métal sous la forme d'un composé nommé alun.

La récupération de l'aluminium peut se faire assez facilement à l'aide du processus suivant.

Les rebuts d'aluminium se dissolvent rapidement dans une solution aqueuse chaude d'hydroxyde de potassium. L'équation de la réaction A est :

2 Al + 2 KOH + 6 H2O 2 KAl(OH)4 (aq) + 3 H2(g)

Cette solution peut ensuite être utilisée pour obtenir de l'aluminium ou un composé d'aluminium. C'est sous cette forme, soit celle de l'alun KAl(SO4)2.12H2O, que l'aluminium sera récupéré à la fin de notre expérience.

Pour obtenir l'alun, il faut traiter la solution précédente avec de l'acide sulfurique concentré; on obtient alors un précipité d'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 : réaction B.

2 KAl(OH)4 (aq) + H2SO4 (aq) K2SO4 (aq) + 2 Al(OH)3 (s) + 2 H2O

Ce précipité peut ensuite être solubilisé par chauffage en présence d'acide sulfurique : réaction C.

2Al(OH)3 (s) + 3H2SO4 Al2(SO4)3 (aq) + 6H2O

Par refroidissement, on obtient ensuite l'alun solide KAl(SO4)2.12H2O : réaction D.

Al2(SO4)3 (aq) + K2SO4 (aq) + 24 H2O 2 KAl(SO4)2.12H2O (s)

L'équation globale de formation de l'alun à partir des rebuts d'aluminium peut être obtenue en additionnant les quatre équations précédentes.

Il est à noter que l'alun est un sel double hydraté qui, comme tous les sels doubles, n'existe que sous la forme solide; en solution aqueuse, on le retrouve sous forme d'ions, K+, Al3+, SO42-.

Cet alun peut servir comme agent floculant pour clarifier des eaux troubles. Il est aussi très fréquemment utilisé dans la teinture des tissus comme mordant : il permet à la teinture de mieux adhérer aux tissus et donne une teinture plus uniforme et plus tenace. L'alun est également utilisé comme additif dans la fabrication des marinades pour conserver le croustillant des cornichons. Finalement, il sert aussi à la fabrication d'autres composés d'aluminium.

Matériel

Manipulation

  1. Peser exactement environ 1 g de rebuts d'aluminium.

  2. Couper le morceau d'aluminium en quatre et le placer dans un bécher de 250 mL. Ajouter 50 mL de KOH 8 % (P/V).

  3. Chauffer doucement ce mélange (placer le bouton de la plaque chauffante à 5) sous la HOTTE de manière à dissoudre complètement l'aluminium.

    Il se produit alors un abondant dégagement d'hydrogène gazeux : attention, il faut maintenir un dégagement régulier et éviter l'emballement de la solution; le niveau de liquide dans le bécher ne devrait pas s'abaisser en dessous de 25 mL. L'aluminium devrait être dissous après environ 10 minutes de chauffage.

    Agiter de temps en temps avec une tige de verre. Chauffer jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de bulles de gaz qui se dégagent (formation d'hydrogène gazeux).

    L'aluminium est alors entièrement dissous; ce qui reste, ce sont des impuretés.

  4. Filtrer la solution chaude sous vide : attention, la fiole conique à vide doit être propre et sèche car c'est le filtrat qui nous intéresse ici. De plus, il faut rincer le bécher contenant les impuretés avec le moins d'eau possible.

  5. Transvaser le filtrat dans un bécher propre et sec de 250 mL. Refroidir cette solution dans un bain d'eau glacée pendant environ 5 minutes.

  6. Ajouter votre barreau aimanté à la solution précédente et maintenir une agitation constante.

  7. Maintenir le bécher dans le bain d'eau glacée et ajouter GOUTTE À GOUTTE, en agitant continuellement, 20 mL de H2SO4 9 mol/L. L'addition d'acide sulfurique réchauffe la solution et pourrait provoquer des projections dangereuses si elle n'est pas faite lentement.

  8. Retirer le bécher du bain refroidissant et assécher parfaitement l'extérieur avant de chauffer doucement la solution. (ATTENTION! NE JAMAIS DÉPOSER DU PYREX MOUILLÉ SUR UNE SURFACE CHAUDE.) Chauffer doucement la solution jusqu'à ce que l'hydroxyde d'aluminium soit complètement dissous : cela peut prendre une dizaine de minutes.

  9. Refroidir à nouveau dans un bain d'eau glacée en agitant constamment pendant environ 20 minutes.

  10. Peser un papier filtre et le déposer dans l'entonnoir Büchner.

  11. L'alun ayant précipité, retirer le barreau aimanté en prenant soin de ne pas perdre de solide, puis filtrer le précipité sous vide avec un entonnoir Büchner. ATTENTION, pour compléter le transfert et laver le précipité, utiliser 30 à 40 mL d'un mélange 50/50 éthanol-eau divisé en deux ou trois portions.

    Laisser sous aspiration quelques minutes pour enlever la plus grande partie du solvant.

  12. Peser le contenant fourni pour conserver le solide.

  13. Placer l'alun et le papier filtre dans le contenant prévu à cette fin et laisser sécher à la température de la pièce.

Tableau des mesures et des résultats (à remplir au laboratoire)

N'oubliez pas de donner l'incertitude pour chacune des valeurs ci-dessous.

Masse des rebuts d'aluminium g
Masse du papier filtre g
Masse du contenant pour récupérer g
Masse du contenant + filtre + alun g
Masse de l'alun g
Masse d'aluminium récupéré g
% de récupération de l'aluminium %

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